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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik ist grundsätzlich eine Vielzahl von Klebematerialien, elektronischen Bauelementen umfassend mindestens einen Leitungsträger und mindestens ein elektronisches Bauteil und Verfahren zur elektrisch leitenden Verbindung eines Leitungsträgers mit einem elektronischen Bauteil bekannt.
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Derartige Klebematerialien und Bauelemente werden beispielsweise in Sensorvorrichtungen zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum verwendet. Auch mehrere Eigenschaften des Gases können grundsätzlich erfasst werden. Grundsätzlich kann es sich um beliebige physikalische und/oder chemische Eigenschaften des Messgases handeln. Beispielsweise kann die Erfassung eine qualitative und/oder quantitative Erfassung eines Anteils einer Gaskomponente des Messgases sein. Alternativ oder zusätzlich sind auch andere Eigenschaften des Messgases erfassbar, beispielsweise die Temperatur und der Luftdruck. Insbesondere können derartige Sensorvorrichtungen im Kraftfahrzeugbereich eingesetzt werden. Bei dem Gas kann es sich beispielsweise um ein Abgas in einem Messgasraum einer Brennkraftmaschine handeln, insbesondere im Kraftfahrzeugbereich, und bei dem Messgasraum beispielsweise um einen Abgastrakt.
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Zur Erfassung der mindestens einen Eigenschaft des Messgases können dabei verschiedene Typen von Sensorvorrichtungen eingesetzt werden. Eine Klasse derartiger Sensorvorrichtungen sind Sensoren mit einem Chip, insbesondere einem Sensorchip. Bei Kontakt des Sensorchips mit aggressiven Medien, beispielsweise Säuren im Abgas, kann es zu einer Beschädigung der Sensorchips kommen. Um derartige Schädigungen zu verhindern, wird beispielsweise in
EP 0 703 613 A2 vorgeschlagen, elektronische Vorrichtungen mit einer organisch polymerischen Hülle zu umgeben. Diese kann durch Zusatz von Teilchen eines Feststoff-Puffers, welche den Effekt von Korrosionsmitteln, beispielsweise starken Säuren, neutralisieren können, einen zusätzlichen Schutz aufweisen.
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Bei derartigen Sensoren wird der Sensorchip mit einem Leitungsträger, beispielsweise einer Leiterplatte, elektrisch leitend verbunden. Beispielsweise kann die elektrisch leitende Verbindung des Sensorchips mit dem Leitungsträger mittels Bonds von einer Oberseite des Sensorchips zu dem Leitungsträger erfolgen. Beispielsweise kann der Sensorchip mit dem Leitungsträger mittels elektrisch leitfähigen Klebermaterials, welches auch als Leitkleber bezeichnet wird, elektrisch leitend verbunden werden. Das elektrisch leitfähige Klebematerial umfasst einen leitenden Stoff, beispielsweise Silber.
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Der Sensorchip kann beispielsweise durch eine Überkopfmontage, auch als FlipChip bezeichnet, mit dem Leitungsträger verbunden werden. Beispielsweise kann die Überkopfmontage mittels Leitkleber erfolgen. Bei so genannten Silizium-Durchkontaktierungen (Through Silicon Vias) kann der Sensorchip an einer Unterseite des Sensorchips mit dem Leitungsträger verbunden werden, beispielsweise unter Verwendung von Leitklebern.
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Trotz der zahlreichen Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Klebematerialien beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial. Klebematerialien, wie beispielsweise Silikone oder Epoxide, sind nicht dauerhaft medienresistent. Bei Kontakt mit aggressiven Medien, beispielsweise Säuren, welche aus dem Abgas entstehen, kann das Klebematerial oder der leitende Stoff chemisch angegriffen werden und dadurch die elektrische Verbindung versagen, so dass ein Messsignal der Sensorvorrichtung verfälscht sein kann oder dass sogar gar keine Messung erfolgen kann. Weiterhin können aggressive Medien durch das Klebematerial bis zu den Kontaktstellen auf dem Leitungsträger oder am elektronischen Bauteil vordringen, diese chemisch angreifen und zu einem Versagen der elektrischen Verbindung führen.
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Offenbarung der Erfindung
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Es werden daher Klebematerialien zur elektrisch leitenden Verbindung mindestens eines Leitungsträgers mit mindestens einem elektronischen Bauteil, ein elektronisches Bauelement und ein Verfahren zur elektrisch leitenden Verbindung mindestens eines Leitungsträgers mit mindestens einem elektronischen Bauteil vorgeschlagen, welche die Nachteile bekannter Klebematerialien, elektronischer Bauelemente und Verfahren zumindest weitgehend vermeiden und insbesondere eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Leitungsträger und elektronischem Bauteil unter Medieneinflüssen gewährleisten.
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Unter einem Klebematerial kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Werkstoff verstanden werden, welcher eingerichtet ist, zwei Bauteile stoffschlüssig zu verbinden, insbesondere miteinander zu verkleben. Beispielsweise können das elektronische Bauteil und der Leitungsträger durch das Klebematerial stoffschlüssig verbunden werden. Das elektronische Bauteil kann auf dem Leitungsträger angeordnet und durch das Klebematerial irreversibel oder reversibel auf dem Leitungsträger fixiert werden. Beispielsweise kann das Klebematerial zwischen dem elektronischen Bauteil und dem Leitungsträger angeordnet sein.
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Unter einem Leitungsträger kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein beliebig geformtes Bauteil verstanden werden, auf welchem elektrische Leiterbahnen und/oder Schaltungen angeordnet sind. Der Leitungsträger kann als ein zumindest teilweise starrer und/oder als ein zumindest teilweise elastischer Leitungsträger ausgestaltet sein. Unter zumindest teilweise starr kann verstanden werden, dass der Leitungsträger vollständig starr ausgestaltet sein kann oder dass Bereiche des Leitungsträger auch elastisch ausgestaltet sein können. Unter zumindest teilweise elastisch kann verstanden werden, dass der Leitungsträger vollständig elastisch ausgestaltet sein kann, oder dass Bereiche des Leitungsträgers auch als starr ausgestaltet sein können. Beispielsweise kann der Leitungsträger eine Leiterplatte sein. Der Leitungsträger kann mindestens einen elektrisch leitenden Bereich aufweisen, beispielsweise mindestens einen elektrischen Kontakt, welcher mit dem elektronischen Bauteil kontaktierbar ist. Beispielsweise kann der elektrische leitendende Bereich punktförmig, linienförmig oder flächenförmig ausgestaltet sein.
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Unter einem elektronischen Bauteil kann grundsätzlich ein beliebiges elektronisches Bauteil verstanden werden. Beispielsweise kann das elektronische Bauteil einen Chip umfassen, insbesondere kann das elektronische Bauteil ein Sensorchip sein. An einer mit dem Leitungsträger zu kontaktierenden Außenseite kann das elektronische Bauteil mindestens einen elektrisch leitenden Bereich aufweisen, beispielsweise mindestens einen elektrischen Kontakt. Beispielsweise kann der elektrisch leitendende Bereich punktförmig, linienförmig oder flächenförmig ausgestaltet sein, und mit dem Leitungsträger elektrisch leitend kontaktierbar sein.
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Unter einer elektrisch leitenden Verbindung des Leitungsträgers und des elektronischen Bauteils kann grundsätzlich eine irreversible oder reversible Verbindung des Leitungsträgers und des elektronischen Bauteils verstanden werden, welche eine elektrische Leitung zwischen dem Leitungsträgers und dem elektronischen Bauteil gewährleistet. Grundsätzlich kann ein Leitungsträger auch mit einer Vielzahl elektronischer Bauteile elektrisch leitend verbunden sein und/oder ein elektronisches Bauteil kann mit einer Vielzahl von Leitungsträgern elektrisch leitend verbunden sein.
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Das Klebematerial umfasst mindestens ein Klebstoffgrundmaterial und mindestens einen elektrisch leitenden Bestandteil. Unter einem Klebstoffgrundmaterial kann grundsätzlich ein beliebiges Grund- oder Basismaterial für einen Klebstoff verstanden werden, beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem anorganischen, einem organischen Klebstoff. Beispielsweise kann das Klebstoffgrundmaterial mindestens ein Polymer aufweisen. Beispielsweise kann das Klebstoffgrundmaterial ein Klebstoffgrundmaterial auf Silikon- oder Epoxidharz-Basis sein. Beispielsweise kann das Klebstoffgrundmaterial ein Polymer-Klebstoff sein.
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Das Klebstoffgrundmaterial kann weiterhin mindestens einen Vernetzer aufweisen. Unter einem Vernetzer kann ein Bestandteil des Klebstoffgrundmaterials verstanden werden, welcher eingerichtet ist, nach einer Vernetzung durch eine chemische Reaktion das Klebematerial zumindest teilweise zu verfestigen. Unter zumindest teilweise zu verfestigen kann verstanden werden, dass das Klebematerial aushärtet und/oder elastische Eigenschaften aufweisen kann. Beispielsweise kann das Klebstoffgrundmaterial ein chemisch härtender Klebstoff sein. Beispielsweise kann das Klebstoffgrundmaterial ein ein- und/oder zwei-komponentiger Klebstoff sein. Beispielsweise kann das Klebstoffgrundmaterial ein Silikonklebstoff sein. Auch andere Klebstoffgrundmaterialien sind denkbar, beispielsweise ein Epoxidharz-Klebstoff.
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Unter einem elektrisch leitenden Bestandteil kann grundsätzlich ein Bestandteil des Klebematerials verstanden, welcher elektrisch leitende Eigenschaften aufweist.
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Beispielsweise kann der leitende Bestandteil ein elektrisch leitender Zusatz sein. Der leitende Bestandteil kann beispielsweise ein Metall sein, insbesondere Silber. Auch andere metallische, elektrisch leitendende Bestandteile sind grundsätzlich denkbar. Beispielsweise kann der elektrisch leitende Bestandteil ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Gold, Palladium, Nickel und Platin. Ebenfalls denkbar sind weitere leitende Füllstoffe, beispielsweise Oxid-Keramik-Partikel, mineralische Füllstoffe, wie Talkum oder Quarz. Insbesondere kann das Klebematerial einen Leitkleber aufweisen.
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Weiterhin weist das Klebematerial mindestens einen chemischen Puffer auf. Der chemische Puffer kann eingerichtet sein, bei einem Kontakt des Klebematerials mit einem Säure- und/oder Base-haltigen Medium die Säure- und/oder Base-Bestandteile des Mediums zumindest teilweise zu neutralisieren. Der chemische Puffer kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Kalk, Hydrotalcit, Magnesiumcarbonat und Natriumcarbonat. Der Puffer kann beispielsweise je nach Belastung, beispielsweise bei Vorhandensein einer Säure oder einer Base, ausgewählt werden. So kann bei Belastung durch eine Säure eine Base als Puffer gewählt werden und bei Belastung durch eine Base eine Säure. Bei ausgehärtetem Klebematerial kann der verwendete chemische Puffer nachgewiesen werden, beispielsweise optisch. In einer Ausführungsform kann der chemische Puffer Kalk sein, wobei das Klebematerial in einem ausgehärteten Zustand weiß ist. Dieses kann einen optischen Nachweis des chemischen Puffers ermöglichen.
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Beispielsweise kann dem Klebstoffgrundmaterial ein chemischer Puffer zugesetzt, beispielsweise zugemischt, werden. Der chemische Puffer kann eingerichtet sein, eine medienresistente elektrisch leitende Verbindung zu gewährleisten. Der chemische Puffer kann verhindern, dass der elektrisch leitende Bestandteil chemisch angegriffen wird, so dass die elektrisch leitende Verbindung unter Einfluss von aggressiven Medien, beispielsweise Säure- oder Base-haltigen Medien erhalten bleibt.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein elektronisches Bauelement vorgeschlagen. Hinsichtlich möglicher Ausführungsformen und Definitionen kann auf Ausführungsformen und Definitionen des oben beschriebenen Klebematerials verwiesen werden.
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Unter einem elektronischen Bauelement kann eine Einheit von elektronischen Bauteilen verstanden werden. Das elektronische Bauelement kann eine Baugruppe von elektronischen Bauteilen und/oder elektronischen und nicht elektronischen Bauteilen sein. Das elektronische Bauelement kann eine einzige Funktionseinheit oder eine Vielzahl von Funktionseinheiten umfassen. Das elektronische Bauelement kann mit weiteren elektronischen und/oder nicht elektronischen Bauelementen verbunden werden. Das elektronische Bauelement umfasst mindestens einen Leitungsträger und mindestens ein elektronisches Bauteil. Das elektronische Bauteil ist auf dem Leitungsträger angeordnet. Der Leitungsträger und das elektronische Bauteil sind elektrisch leitfähig verbunden. Das elektronische Bauteil ist auf dem Leitungsträger mit einem Klebematerial elektrisch leitend fixiert.
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Das elektronische Bauteil kann beispielsweise einen Chip umfassen, insbesondere einen Sensorchip. Der Chip kann überkopf und/oder an der Unterseite des Chips mit dem Leitungsträger elektrisch leitend verbunden sein. Beispielsweise kann der Chip mit der Unterseite des Chips auf dem Leitungsträger angeordnet sein. Zwischen dem Chip und dem Leitungsträger kann das Klebematerial angeordnet sein.
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Unter elektrisch leitend fixiert kann verstanden werden, dass das elektronische Bauteil auf dem Leitungsträger reversibel oder irreversibel angeordnet ist und dass eine elektrische Leitung zwischen dem elektronischen Bauteil und dem Leitungsträger möglich ist. Diese elektrisch leitende Verbindung kann beispielsweise direkt sein, wobei das Klebematerial zwischen dem elektronischen Bauteil und dem Leitungsträger angeordnet ist und das Klebematerial, insbesondere der elektrisch leitendende Bestandteil, eingerichtet ist, zwischen elektronischem Bauteil und Leitungsträger eine elektrische Leitung zu gewährleisten. Zusätzlich kann die elektrisch leitende Verbindung eine Bonding-Verbindung aufweisen.
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Das Klebematerial weist mindestens ein Klebstoffgrundmaterial und mindestens einen elektrisch leitenden Bestandteil auf. Das Klebematerial weist mindestens einen chemischen Puffer auf.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur elektrisch leitenden Verbindung mindestens eines elektronischen Bauteils mit mindestens einem Leitungsträger vorgeschlagen. Hinsichtlich möglicher Ausführungsformen und Definitionen kann auf Ausführungsformen und Definitionen des oben beschriebenen Klebematerials und des elektronischen Bauelements verwiesen werden.
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Das elektronische Bauteil wird auf dem Leitungsträger angeordnet, wobei der Leitungsträger und das elektronische Bauteil elektrisch leitfähig verbunden werden. Das elektronische Bauteil wird auf dem Leitungsträger mit einem Klebematerial elektrisch leitend fixiert. Das Klebematerial weist mindestens ein Klebstoffgrundmaterial und mindestens einen elektrisch leitenden Bestandteil auf. Das Klebematerial weist mindestens einen chemischen Puffer auf.
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Das vorgeschlagene Klebematerial, das elektronische Bauelement und das Verfahren können bei einer Vielzahl von medienbelasteten, elektrisch leitenden Verbindungen verwendet werden, beispielsweise für Ladedrucksensoren, Differenzdrucksensoren für Rußpartikelfilter, Differenzdruckmessung über Niederdruck – AGR-Strecke und Drucksensoren für Breakbooster.
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Vorteile der Erfindung
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Das vorgeschlagene Klebematerial, das elektronische Bauelement und das Verfahren weisen eine Vielzahl von Vorteilen auf. Durch die Verwendung des vorgeschlagenen Klebematerials kann eine medienresistente Pufferung von Säuren und Basen erfolgen. Weiter ist ein einfacher Nachweis des verwendeten Puffers möglich. Zudem ist eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten bei einer Vielzahl von medienbelasteten, elektrisch leitenden Verbindungen denkbar. Bei Verwendung von derartigem Klebematerial ist eine kostengünstige Aufbau- und Verbindungstechnik bei gleichzeitiger Medienresistenz möglich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Es zeigen:
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1 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen elektronischen Bauelements und
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2 Skizze eines Aufbau eines erfindungsgemäßen Klebematerials.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen elektronischen Bauelements 110. Das elektronische Bauelement 110 umfasst mindestens einen Leitungsträger 112 und mindestens ein elektronisches Bauteil 114. Das elektronische Bauteil 114 kann einen Chip umfassen. Insbesondere kann das elektronische Bauteil 114 ein Sensorchip sein.
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Das elektronische Bauteil 114 ist auf dem Leitungsträger 112 angeordnet. Der Leitungsträger 112 und das elektronische Bauteil 114 sind elektrisch leitfähig verbunden. Das elektronische Bauteil 114 kann eine Unterseite 116 aufweisen. Das elektronische Bauteil 114 kann an der Unterseite 116 mit dem Leitungsträger 112 elektrisch leitend verbunden sein. Auch andere Ausführungsformen sind grundsätzlich denkbar. Beispielsweise kann das elektronische Bauteil 114 zusätzlich mit einer Bond-Verbindung mit dem Leitungsträger 112 elektrisch leitend verbunden sein. Beispielsweise kann das elektronische Bauteil 114 überkopf mit dem Leitungsträger 112 elektrisch leitend verbunden sein. Das elektronische Bauteil 114 ist auf dem Leitungsträger 112 mit einem Klebematerial 118 elektrisch leitend fixiert. Das elektronische Bauteil 114 kann auf dem Leitungsträger 112 reversibel oder irreversibel angeordnet sein.
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2 zeigt eine Skizze eines erfindungsgemäßen Klebematerials 118. Das Klebematerial 118 weist mindestens ein Klebstoffgrundmaterial 120 und mindestens einen elektrisch leitenden Bestandteil 122 auf. Das Klebstoffgrundmaterial 120 kann mindestens ein Polymer 124 aufweisen. Beispielsweise kann das Klebstoffgrundmaterial ein Klebstoffgrundmaterial auf auf Silikon- oder Epoxidharz-Basis sein. Das Klebstoffgrundmaterial 120 kann einen Vernetzer 126 aufweisen. Der Vernetzer 126 kann eingerichtet sein, nach einer Vernetzung durch eine chemische Reaktion das Klebematerial zumindest teilweise zu verfestigen. Die Vernetzung erfolgt über Vernetzungsstellen 128.
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Der elektrisch leitende Bestandteil 122 kann ein Metall sein, insbesondere Silber. In 2 ist der elektrisch leitende Bestandteil 122 symbolisch als kleine Sterne dargestellt. Der elektrisch leitende Bestandteil kann beispielsweise ein elektrisch leitender Zusatz sein, welcher beispielsweise dem Klebstoffgrundmaterial 120 beigefügt und/oder zugefügt ist. Auch andere metallische, elektrisch leitendende Bestandteile 122 sind grundsätzlich denkbar. Beispielsweise kann der elektrisch leitende Bestandteil 122 ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Gold, Palladium, Nickel und Platin. Insbesondere kann das Klebematerial 118 einen Leitkleber aufweisen.
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Das Klebematerial 118 weist mindestens einen chemischen Puffer 130 auf. In 2 ist der chemische Puffer 130 symbolisch als große Sterne dargestellt. Der chemische Puffer 130 kann eingerichtet sein, bei einem Kontakt des Klebematerials 118 mit einem Säure- und/oder Base-haltigen Medium die Säure- und/oder Base-Bestandteile des Mediums zumindest teilweise zu neutralisieren. Der chemische Puffer 130 kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Kalk, Hydrotalcit, Silber, Magnesiumcarbonat und Natriumcarbonat.
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Bei ausgehärtetem Klebematerial 118 kann der verwendete chemische Puffer 118 nachgewiesen werden, beispielsweise optisch. In einer Ausführungsform kann der chemische Puffer 130 Kalk sein, wobei das Klebematerial 118 in einem ausgehärteten Zustand weiß ist. Dieses kann einen optischen Nachweis des chemischen Puffers 130 ermöglichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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